Luận văn Xây dựng và thử nghiệm một giao thức định tuyến trong môi trường mạng AD-HOC

Chương 1. Tổng quan Trong những năm qua, với sự phát triển không ngừng của mạng máy tính, nhiều ứng dụng mạng ra đời phục vụ trong lĩnh vực đời sống (bản tin điện tử, các hệ thống quản l ý nghiệp vụ, …) cũng như hoạt động thương mại (thương mại điện tử - E-commere), giáo dục (đào tạo từ xa - e-learning), y tế (hệ thống chuẩn đoán bệnh từ xa)… mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như nhiều tiện ích cho người dùng. Bên cạnh đó, các thiết bị không dây ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong cuộc sống: người dùng sử dụng điện thoại di động để kiểm tra mail, duyệt web ở nơi công cộng (sân bay, quán café, nhà ga,…), tìm đường đi khi đang lưu thông trên đường, trao đổi dữ liệu bằng các thiết bị không dây trong các hội nghị hoặc bất kỳ nơi nào,…. Do đó, mạng không dây di động, đặc biệt mạng không dây di động ad- hoc, ngày càng phát triển mạnh mẽ và trở thành một trong các vấn đề nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực mạng máy tính. 1.1. Giới thiệu Mạng không dây di động ad-hoc (Mobile Ad-hoc NETworks, viết tắt là MANET) là một loại mạng không dây trong đó các nút mạng (node) có thể di chuyển tự do và không lệ thuộc vào bất kỳ nút mạng hay thiết bị mạng nào. Môi trường mạng này có thể thiết lập dễ dàng ở bất kỳ nơi nào và không tốn nhiều chi phí. Trong môi trường mạng không dây ad-hoc, hai nút mạng có thể liên lạc trực tiếp với nhau nếu như chúng nằm trong vùng phủ sóng của nhau (radio communication range). Ngược lại, nếu hai nút mạng xa nhau muốn trao đổi dữ liệu với nhau thì chúng cần sự hỗ trợ của các nút mạng lân cận để chuyển tiếp thông tin (relay message) như hình 1.1. Do đó, bài toán định tuyến đóng một vai trò quan trọng trong vấn đề liên lạc giữa các nút mạng trong mạng không dây ad-hoc. Hình 1.1. Quá trình trao đổi dữ liệu giữa các nút mạng Hiện có rất nhiều ứng dụng được triển khai trong môi trường mạng ad-hoc như: ứng dụng trong mạng sensor (sensor network) - phân bố các sensor trên 1 cánh đồng, một thành phố,… để thu thập dữ liệu (nhiệt độ, thời tiết, độ ẩm, ..) gởi về trung tâm, home network – người dùng có thể điều khiển các thiết bị trong nhà của mình khi đang di chuyển trên đường, … 1.2. Đặc tính của mạng không dây di động ad-hoc 1.2.1. Thay đổi đồ hình mạng liên tục Một trong những đặc trưng quan trọng của môi trường mạng không dây di động ad-hoc là sự thay đổi trạng thái thường xuyên và nhanh chóng của các nút mạng cũng như các liên kết giữa các nút mạng. Một nút mạng có thể gia nhập hoặc tách khỏi mạng tại bất kỳ thời điểm nào. Các nút mạng có thể di chuyển tự do dẫn đến các liên kết giữa các nút mạng thay đổi liên tục. Vì vậy, đồ hình mạng (network topology) trong môi trường mạng không dây di động ad-hoc thay đổi liên tục làm ảnh hưởng đến các hoạt động trao đổi thông tin giữa các nút mạng. Đây chính là một trong những thử thách chính khi xây dựng một giao thức định tuyến trong mạng không dây di động ad-hoc. Giao thức định tuyến phải có khả năng tương thích cao với đặc trưng này sao cho có khả năng tự thiết lập và tái thiết lập thông tin định tuyến một cách nhanh chóng và hiệu quả. 1.2.2. Tính tự thiết lập Mạng không dây di động ad-hoc không phụ thuộc vào bất kỳ một cấu trúc mạng nào sẵn có cũng như sự quản lý tập trung tại bất kỳ một nút mạng nào. Các nút mạng có vai trò ngang nhau và hoạt động độc lập nhau. Các nút mạng phải tự thiết lập các thông tin cần thiết cho chính mình (địa chỉ mạng, thông tin định tuyến,...) khi gia nhập vào mạng cũng như tự điều chỉnh thông tin khi mạng thay đổi. Do đó, giao thức định tuyến trong môi trường mạng này phải hỗ trợ cơ chế tự thiết lập, cập nhật và quản lý các thông tin cần thiết cho các nút mạng. 1.2.3. Môi trường mạng không dây Nhìn chung, các nút mạng trong môi trường mạng không dây sử dụng tần số radio hoặc hồng ngoại (infrared) để trao đổi dữ liệu với nhau. Các thiết bị không dây như thế có thể kể đến là: laptop, pocket PC, PDA, điện thoại di động, sensor, các thiết bị vệ tinh, … Mặc dù, các thiết bị khác nhau ở tầng vật lý nhưng khi cùng tham gia trong cùng một môi trường mạng không dây thì dùng chung một băng tần để trao đổi dữ liệu. Trong môi trường không dây này, các thiết bị đều chịu những hạn chế như: • Băng thông thấp • Môi trường tuyền thông có độ tin cậy thấp • Hạn chế về năng lượng, bộ nhớ, khả năng tính toán Với những đặc tính trên, một giao thức định tuyến trong môi trường mạng không dây cần phải xem xét đến vấn đề tối ưu tính toán cũng như giảm thiểu việc trao đổi các thông tin điều khiển giữa các nút mạng khi xây dựng thông tin định tuyến tại mỗi nút mạng. Bên cạnh đó vấn đề bảo mật khi trao đổi dữ liệu giữa các nút mạng cũng cần được quan tâm.